太阳能蓄能采暖系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种太阳能蓄能采暖系统，包括集热端和供热端，集热端包括至少一个集热单元，集热单元包括太阳能集热板和联集箱，供热端包括多个并列设置的相变套管、集水器和分水器，相变套管包括外管和内管，内管穿管外管并与外管同轴，内管与外管之间填充有相变材料，内管上套设有多个用于传热的环形的肋片，外管上设置有填料孔，填料孔上安装有自动排气阀，内管的两端分别连接至集水器和分水器，分水器通过供水管路连接至联集箱，集水器通过回水管路连接至联集箱。本实用新型中的太阳能蓄能采暖系统能够实现冬季太阳能在建筑供暖中的高效、多元利用，以及维持其他季节室内热环境的舒适及稳定，而且太阳能利用率高。
【专利说明】太阳能蓄能采暖系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及太阳能供热设备领域，具体而言，涉及一种太阳能蓄能采暖系统。
【背景技术】
[0002]近年来，整个社会对生态和节能的重视程度越来越高，国家也相继推出一系列的政策和法规来指导节能工作，其中的重点之一就是建筑节能。供暖能耗是建筑能耗的主要组成部分之一，主要是指用于建筑采暖所消耗的能量，在我国北方地区，供暖是解决居民冬季基本生活需求的社会服务。目前常见的供暖方式主要有集中供暖、分散式供暖、空调供暖等几类，这些供暖方式所使用的热量均来自于化石燃料的燃烧或电能等高品位能源，在消耗了大量能源的同时还会在一定程度上产生环境污染等生态问题。为了缓解能源问题，国家于2006年颁布了《可再生能源法》，提倡可再生能源的利用。优化建筑的能源结构，增加其中可再生能源的比重是一个值得注意和研宄的课题。
[0003]可再生能源包括太阳能、风能、水力能、潮汐能等，相对我国而言，对其中的太阳能的利用具有较大的优势。首先，我国地域广大，气候和环境也多种多样，太阳能没有地域的限制，无论陆地海洋或高山海岛处处皆是，并且可以直接利用，无须开采和运输。其次，太阳能是最清洁的能源之一，在环境问题日益突出的今天，清洁能源极其宝贵。再次，太阳蕴藏的能量巨大，一年内达到地球的太阳能总量折合标准煤约1.892X1016亿吨，可以说是取之不尽用之不竭的。
[0004]我国的太阳能资源较为丰富，但利用形式较为单一，尤其是在广大的农村地区和部分城市地区的独立建筑领域，其主要利用途径仍旧是使用太阳能热水器提供生活热水。随着太阳能利用技术与建筑一体化技术的日益完善，太阳能集热器的应用已不仅仅局限于提供生活热水这一单一的功能上，在供暖、制冷、烘干和其他工业应用上也有着很大的利用潜力。
[0005]太阳能分布广泛，但受到昼夜、季节和地理玮度等自然因素的限制和晴天、多云、阴雨甚至雾霾等随机因素的影响，太阳能具有极大不稳定性。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，各类的蓄能技术是首选方案，而这其中又以相变蓄能材料储能技术在建筑太阳能利用中最具优势，集中体现在以下几点:首先，各类相变蓄能材料在相变过程中会吸收或释放相变潜热，其热量相对于显热热量要大得多。对于房屋来说，这样就可以节省建筑空间，降低成本。其次，在相变过程进行的同时材料自身的温度几乎维持不变或变化较小，形成一个宽的温度平台，这对维持温度恒定有着重要的意义。再次，相变蓄能材料种类众多，不同的材料具有不同的物理性质，可以针对某一类型房屋根据其使用功能和要求进行选择。最后，相变材料是一种蓄热能力强，热惰性大的材料，其作为建筑材料应用在房屋围护结构中，对稳定室内温度作用明显，在节能的基础上同时改善室内热环境，使得建筑更加宜居。
[0006]专利号为ZL201210169219.5的中国专利公开了一种由软脂酸、肉豆蔻酸、石蜡组成的太阳能相变储能复合材料。该相变储能复合材料无添加剂，相变潜热大，蓄热量高。其吸热峰在46-50°C，放热峰在44°C左右。用于地板辐射采暖，将该相变储能复合材料填装于储热罐中，将储热罐安装在太阳能热水器与热水箱之间，在夜晚或环境温度降低时，相变复合材料固化放热，从而可继续向地板辐射采暖器提供所需40°C左右的热水保证采暖正常进行。该复合材料及应用方式存在的问题是相变温度较正常室温高，夏季室温升高时也完全是凝固状态，不能够实现相变材料调节室内气温的跨季节应用，只可在供暖季进行使用。其次向室内提供的热水温度过高会使得室内过热、停止供热后室温下降较快等极端问题的出现。再次，将相变蓄能材料放置在热水箱处，不仅在一定程度上使得相变材料的用量较小，蓄能能力较低，而且忽略了相变蓄能材料维持室温稳定这一重要作用。
[0007]专利号为ZL201320137266.1的中国专利公开了一种家用中央太阳能采暖系统，用于给房屋室内的地暖提供热量，包括集热器、与集热器管路相连的水箱以及与水箱管路相连的地暖地板，水箱上连接有冷水管，所述地暖地板从下往上依次设有基础层、挤塑聚苯板层、隔热层以及地板层，地板层与隔热层之间铺设有间隔排列的水管，相邻水管之间填充有相变材料。其地暖地板内填充有相变材料体，在地暖地板接受水箱提供的热水同时，相变材料体可吸收热水中的热量加以储存，到晚上继续给地暖地板供热，从而提高了太阳能采暖效率，也减少了水箱的容量。该系统存在的问题同样有只可在供暖季使用，不可实现跨季节的应用。其次通过其描述可以推断出相变材料在此系统中仅作为蓄热单元使用，而忽略了相变材料维持室温稳定的作用。再次，相变蓄能材料填充在水管间，与水系统分离，会使相变材料蓄热能力降低，同时用量也会受到限制。
[0008]专利号为ZL200910310405.4的中国专利公布了一种太阳能集成房屋，室内地板下面有卵石蓄热层，卵石蓄热层的下面有栅孔板，栅孔板与地面之间铺设有卵石层风道，卵石层风道的一侧与设于房屋墙体根部的进风口连通，卵石层风道的另一侧与房屋另一墙体根部的出风口连通，进风口处有可关闭百叶，出风口处有抽风机；太阳能空气集热器的出气口通过送风管与卵石层风道连通，太阳能空气集热器的进气口与出风管连通，送风管和出风管的上端凸出于屋顶，出风管的下端延伸至房屋室内。该房屋的设计虽然可以实现跨季节使用，但存在的问题一是利用卵石进行显热蓄热，其蓄热量势必较小；二是全年利用空气作为冷热量的载体，不仅输送能力有限，而且存在损失较大的缺陷。
实用新型内容
[0009]本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种能够实现冬季太阳能在建筑供暖中的高效、多元利用，以及维持其他季节室内热环境的舒适及稳定，而且太阳能利用率高的太阳能蓄能采暖系统。
[0010]因此，本实用新型的技术方案如下:
[0011]一种太阳能蓄能采暖系统，包括集热端和供热端，所述集热端包括至少一个集热单元，所述集热单元包括太阳能集热板和联集箱，所述供热端包括多个并列设置的相变套管、集水器和分水器，所述相变套管包括外管和内管，所述内管穿管所述外管并与所述外管同轴，所述内管与所述外管之间填充有相变材料，所述内管上套设有多个用于传热的环形的肋片，所述外管上设置有填料孔，所述填料孔上安装有自动排气阀，所述内管的两端分别连接至所述集水器和所述分水器，所述分水器通过供水管路连接至所述联集箱，所述集水器通过回水管路连接至所述联集箱。
[0012]在该技术方案中，填充选用相变材料的相变温度与室内温度相接近，在15-30°c之间，可以是无机相变材料、有机相变材料或有机相变材料的低共熔混合物，可以防止室内过热和较大的波动，相变材料的相变潜热较显热大得多，完全可以满足夜间室内需热要求，相变套管的使用使得供暖过程中太阳能的利用率有了较大的提高，可达49.6%，高于平均水平；相变套管可以铺设在地板上或墙壁内侧，可以实现跨季节室温调控，全年维持室内热环境的相对稳定；在冬季可以作为室内供暖的直接热源，在过渡季和夏季可作为建筑围护结构的一部分，通过其强大的蓄能作用，提高围护结构的热惰性，降低围护结构的传热系数，从而减小围护结构内外侧的温差，减少热量向室内的传递，同时还可以吸收室内余热；系统采用热水作为冷热媒，使得冷热量输送能力加大，能量利用率提高；系统在使用时的耗电部分仅有冬季供暖水泵耗电，经实验验证耗电量平均每天只有1.3kWh，过渡季及夏季完全无需耗电，大大节约了常规能源，减少二氧化碳的排放量；填料孔12可以用于相变材料的填充，套管使用时又可以用于安装自动排气阀。
[0013]所述回水管路上安装有水泵和电磁阀，所述供热端设置有第一温度传感器，所述集热端设置有第二温度传感器，所述的太阳能蓄能采暖系统还包括用于检测室内温度的第三温度传感器，所述水泵通过所述电磁阀连接至所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器，可以实现温度的自动控制。
[0014]还可以在所述回水管路上设置补水箱，在所述供水管路上安装热量表。
[0015]具体地，所述集热单元的数量可以为两个；所述外管的公称通径为50?150_、长度为2.5?5.5m，所述内管的公称通径为15?32mm、长度为2.7?6m，可根据实际需要确定相变套管的长度和管径，适用性较强；还可以在所述供水管路上安装至少一个自动排气阀，例如安装三个。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是根据本实用新型实施例的太阳能蓄能采暖系统的结构示意图；
[0017]图2是图1中的相变套管的内部结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0019]如图1和图2所示，根据本实用新型的实施例的太阳能蓄能采暖系统，包括集热端和供热端，所述集热端包括至少一个集热单元，所述集热单元包括太阳能集热板I和联集箱12，所述供热端包括多个并列设置的相变套管3、集水器5和分水器4，所述相变套管3包括外管17和内管18，所述内管18穿管所述外管18并与所述外管17同轴，所述内管18与所述外管17之间填充有相变材料，所述内管18上套设有多个用于传热的环形的肋片19，所述外管17上设置有填料孔20，所述填料孔20上安装有自动排气阀，所述内管18的两端分别连接至所述集水器5和所述分水器4，所述分水器4通过供水管路11连接至所述联集箱12，所述集水器5通过回水管路10连接至所述联集箱12。
[0020]在该技术方案中，填充选用相变材料的相变温度与室内温度相接近，在15_30°C之间，可以是无机相变材料、有机相变材料或有机相变材料的低共熔混合物，可以防止室内过热和较大的波动，相变材料的相变潜热较显热大得多，完全可以满足夜间室内需热要求，相变套管的使用使得供暖过程中太阳能的利用率有了较大的提高，可达49.6%，高于平均水平；相变套管可以铺设在地板上或墙壁内侧，可以实现跨季节室温调控，全年维持室内热环境的相对稳定；在冬季可以作为室内供暖的直接热源，在过渡季和夏季可作为建筑围护结构的一部分，通过其强大的蓄能作用，提高围护结构的热惰性，降低围护结构的传热系数，从而减小围护结构内外侧的温差，减少热量向室内的传递，同时还可以吸收室内余热；系统采用热水作为冷热媒，使得冷热量输送能力加大，能量利用率提高；系统在使用时的耗电部分仅有冬季供暖水泵耗电，经实验验证耗电量平均每天只有1.3kWh，过渡季及夏季完全无需耗电，大大节约了常规能源，减少二氧化碳的排放量；填料孔12可以用于相变材料的填充，套管使用时又可以用于安装自动排气阀。
[0021]其中，相变套管主要由内外两层钢管组成，与外管17纵向的同心位置设置有内管18，内管18与外管17的管壁之间设置有强化传热的肋片19 ;内管18为水管路，外管17的两端为封闭状，内管18与外管17之间为相变材料填充腔21，相变材料填充腔21内设置有相变材料；外管17的一端侧面设置有填料孔20，作为相变材料填充孔及自动排气阀的接
□ O
[0022]相变材料填充腔21内设置的相变材料为脂肪酸与高碳醇类的混合物，相变温度15°C?30°C，脂肪酸为正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸或硬脂酸；高碳醇为十二醇、十四醇、十六醇或十八醇；脂肪酸与高碳醇类的质量比为46.4?97.5:2.5?53.6 ;脂肪酸和高碳醇的熔点都小于80°C。
[0023]所述回水管路10上安装有水泵6和电磁阀8，所述供热端设置有第一温度传感器，所述集热端设置有第二温度传感器，所述的太阳能蓄能采暖系统还包括用于检测室内温度的第三温度传感器，所述水泵6通过所述电磁阀8连接至所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器，可以实现温度的自动控制。
[0024]还可以在所述回水管路10上设置补水箱7，在所述供水管路11上安装热量表9。
[0025]具体地，所述集热单元的数量可以为两个；所述外管17的公称通径为50?150mm、长度为2.5?5.5m，所述内管18的公称通径为15?32mm、长度为2.7?6m，可根据实际需要确定相变套管的长度和管径，适用性较强；还可以在所述供水管路11上安装至少一个自动排气阀14，例如如图1中所示安装三个。
[0026]冬季供暖过程:水泵5和电磁阀7受智能电源控制箱控制，控制箱内引出第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器分别布置在集水器5、联集箱12和室内，当集热器联集箱12中水温达到35°C，循环水泵6和电磁阀8开启；当此第一温度传感器和第二温度传感器测得的水温温差小于3°C时，水泵6及电磁阀8关闭，系统停止循环；当室内温度达到或超过30°C时，水泵6及电磁阀8也会关闭。
[0027]过渡季及夏季过程:系统不运行，只有设置在地板中或墙体内侧的相变套管3对室内热环境进行调控作用。此时相变套管3作为建筑围护结构的一部分，其相变材料填充腔21中的相变材料有强大的蓄能作用，可以提高围护结构的热惰性，降低围护结构的传热系数，从而减小围护结构内外侧的温差，减少热量向室内的传递，同时还可以吸收室内余热，维持室内热环境的相对稳定。
[0028]综上所述，本实用新型的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本实用新型的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本实用新型的范围之内。
【权利要求】
1.一种太阳能蓄能采暖系统，其特征在于，包括集热端和供热端，所述集热端包括至少一个集热单元，所述集热单元包括太阳能集热板(I)和联集箱(12)，所述供热端包括多个并列设置的相变套管(3)、集水器(5)和分水器(4)，所述相变套管(3)包括外管(17)和内管(18)，所述内管(18)穿管所述外管(18)并与所述外管(17)同轴，所述内管(18)与所述外管(17)之间填充有相变材料，所述内管(18)上套设有多个用于传热的环形的肋片(19)，所述外管(17)上设置有填料孔(20)，所述填料孔(20)上安装有自动排气阀，所述内管(18)的两端分别连接至所述集水器(5)和所述分水器(4)，所述分水器(4)通过供水管路(11)连接至所述联集箱(12)，所述集水器(5)通过回水管路(10)连接至所述联集箱(12)。
2.根据权利要求1所述的太阳能蓄能采暖系统，其特征在于，所述回水管路(10)上安装有水泵(6)和电磁阀(8)，所述供热端设置有第一温度传感器，所述集热端设置有第二温度传感器，所述的太阳能蓄能采暖系统还包括用于检测室内温度的第三温度传感器，所述水泵(6)通过所述电磁阀(8)连接至所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能蓄能采暖系统，其特征在于，所述回水管路(10)上设有补水箱(7)。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能蓄能采暖系统，其特征在于，所述供水管路(11)上安装有热量表(9)。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能蓄能采暖系统，其特征在于，所述集热单元的数量为两个。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能蓄能采暖系统，其特征在于，所述外管(17)的公称通径为50?150mm、长度为2.5?5.5m，所述内管(18)的公称通径为15?32mm、长度为2.7?6mο
7.根据权利要求1或2所述的太阳能蓄能采暖系统，其特征在于，所述供水管路(11)上安装有至少一个自动排气阀(14)。
【文档编号】F24D15/02GK204202010SQ201420626673
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】吕石磊, 李翼然 申请人:天津大学